基于灰色關(guān)聯(lián)分析的武漢市建設(shè)用地擴張驅(qū)動力實證研究

胡銀根，蔡國立，2，徐小峰，張 曼

（1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院，湖北 武漢430070；2.惠州市杰誠工程咨詢有限公司，廣東 惠州516008；3.上海市地質(zhì)調(diào)查研究院，上海200072；4.鄂州市農(nóng)村綜合產(chǎn)權(quán)交易所，湖北 鄂州436000）

隨著經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程的推進，大量農(nóng)用地轉(zhuǎn)化為城市建設(shè)用地，面對人多地少的國情，“建設(shè)與保護”的矛盾逐漸凸顯，建設(shè)用地擴張也自然成為近年來土地利用的熱點問題。武漢市是我國中部地區(qū)發(fā)展的重要支撐點，在過去10a間，尤其是自“武漢城市圈”戰(zhàn)略實施以來，武漢市建成區(qū)經(jīng)歷了大規(guī)模的擴張，城郊優(yōu)質(zhì)農(nóng)田不斷被建設(shè)用地景觀所替代，這使得對建設(shè)用地擴張的驅(qū)動力進行動態(tài)研究進而尋求城市理性發(fā)展的道路變得必要而緊迫?？偟膩碚f，建設(shè)用地擴張的驅(qū)動力來自于自然、社會、經(jīng)濟等多方面，從已有研究來看，經(jīng)濟發(fā)展［1］、人口增長［2－4］、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整［5］和固定資產(chǎn)投資增長［6－7］等因素與建設(shè)用地擴張具有較高的關(guān)聯(lián)性。從驅(qū)動力的時間效應(yīng)上講，地理環(huán)境作為建設(shè)用地擴張的基本條件和重要的限制因素，其效應(yīng)主要體現(xiàn)在較長的時間尺度上；而在短期內(nèi)，社會經(jīng)濟和制度政策的作用更加明顯［8］。

目前對建設(shè)用地擴張驅(qū)動力的研究方法主要有兩類，一類是基于數(shù)理統(tǒng)計理論的多元線性回歸分析［5－6，9］和非線性的 Logistic回歸分析法［1，10］，通過逐步回歸可確保模型中只含有對因變量解釋作用顯著的自變量，而不顯著的則被排除；另一類是通過建立計量經(jīng)濟模型進行分析。這兩類方法在數(shù)學(xué)上都有嚴格的規(guī)范性和完整性，但模型對樣本容量要求較高，而我國土地資源信息化起步較晚，土地利用數(shù)據(jù)并不齊全，因此很難保證模型的精度。另外，傳統(tǒng)的數(shù)理統(tǒng)計分析方法要求樣本服從某個典型的概率分布，并要求各因素之間彼此不相關(guān)，這種要求也往往難以滿足［11］。與傳統(tǒng)方法相比，灰色關(guān)聯(lián)分析法對樣本數(shù)據(jù)要求相對較低，也不需要樣本服從典型的分布規(guī)律，同時能有效避免系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)之間的共線性問題，可在不完全信息中通過一定的數(shù)據(jù)處理找出系統(tǒng)各因素的關(guān)聯(lián)性，因此較適合于本研究。在借鑒已有研究的成果和不足的基礎(chǔ)上，本研究從社會和經(jīng)濟的角度出發(fā)，以武漢市2003—2012年統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了武漢市近10a建設(shè)用地擴張的基本態(tài)勢，并采用灰色關(guān)聯(lián)分析法探究了建設(shè)用地擴張的動力，著重分析其作用機理，以期為制定合理而有針對性的經(jīng)濟社會發(fā)展政策提供參考。

1 研究區(qū)概況

1.1 武漢市經(jīng)濟社會發(fā)展狀況

武漢市位于江漢平原東緣，長江與漢江交匯處，水陸交通十分便利，轄區(qū)總面積8 494.41km2，約占湖北省總面積的4.6%。作為湖北省省會，武漢市在該省經(jīng)濟、社會發(fā)展中的優(yōu)勢地位非常明顯，2012年該市實現(xiàn)GDP 8 003.82億元，占湖北省總量的40.77%。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來看，2012年武漢市三產(chǎn)比例為3.76∶48.35∶47.89，非農(nóng)產(chǎn)業(yè)占絕對優(yōu)勢，且近年來第二產(chǎn)業(yè)（主要是工業(yè)）的比例仍呈不斷擴大趨勢。

武漢市戶籍人口總量在連續(xù)多年增長后在2010年達到峰值，此后開始逐年減少，至2012年底已累計減少15.02萬人（這可能是源于獨生子女政策的持續(xù)發(fā)酵作用），而同期常住人口則增加了32.46萬人。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是，隨著城市化進程的加快，武漢市經(jīng)濟的快速增長和大規(guī)模的城市建設(shè)產(chǎn)生了大量用工需求，吸引了越來越多的進城務(wù)工者。常住人口的持續(xù)增長與戶籍人口的逐漸減少形成鮮明的對比，越來越多的外來務(wù)工者來到武漢市工作和生活，但是受制于現(xiàn)行的戶籍政策，他們無法在這里扎根，無法公平地享受到與城市戶籍綁定的各種福利待遇。

1.2 武漢市建設(shè)用地擴張狀況

建設(shè)用地的數(shù)量方面，2007年之前武漢市建設(shè)用地規(guī)模擴張較為緩慢。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計資料，2003—2006年武漢建成區(qū)面積僅增加了6.08km2，年均增長0.61%。由圖1可以看出，“十一五”期間，尤其是2007年“十七大”之后，以武漢市為中心的“1＋8”城市圈被國務(wù)院批準為“兩型社會”綜合配套改革試驗區(qū)，成為中部崛起的重要戰(zhàn)略支點，武漢市建成區(qū)經(jīng)歷了大規(guī)模的擴張。據(jù)《2012年武漢市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示，到2012年底，武漢市建成區(qū)面積已擴展到520.3km2，是2003年的2.4倍多。從建設(shè)用地的結(jié)構(gòu)方面看，2003—2012年武漢市建設(shè)用地的擴張主要來自居住用地、工業(yè)用地、道路廣場用地和公共設(shè)施用地，4種用地分別貢獻了武漢市建設(shè)用地擴張總量的30.18%，19.95%，18.23%和10.87%。尤其需要指出的是，近年來武漢市開發(fā)區(qū)發(fā)展迅速，目前全市有3個國家級開發(fā)區(qū)，12個省級開發(fā)區(qū)，2009年各類開發(fā)區(qū)總占地面積已達211km2。另外，“十一五”時期武漢市大規(guī)模推進城市交通設(shè)施建設(shè)，截至2011年全市對外交通用地和道路廣場用地面積總計達162.69km2，占城市建設(shè)用地的22%。

圖1 武漢市2003－2012年建成區(qū)面積變化趨勢

2 研究方法

采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法對建設(shè)用地擴張的驅(qū)動力進行定量分析，得到各驅(qū)動力指標與建設(shè)用地擴張關(guān)聯(lián)度的排序，并結(jié)合聚類分析的結(jié)果對各類因素的作用機理進行探討。灰色關(guān)聯(lián)分析的原理是根據(jù)各因素之間發(fā)展趨勢的相似或相異程度（即“灰色關(guān)聯(lián)度”）來衡量因素間的關(guān)聯(lián)程度。具體地說，就是對反映各因素變化特性的數(shù)據(jù)序列的變化趨勢進行幾何比較，幾何形狀越相似，相應(yīng)序列之間的關(guān)聯(lián)度就越大，反之就越小。另外，考慮到本研究選取的驅(qū)動力因素較多，為對各個驅(qū)動力因素有更清晰直觀的認識，首先對各指標進行聚類分析，將具有相似特征的指標歸為一類，使同類對象間相似性比其他對象的相似性更強，不僅起到降維的效果，還有利于對指標進行深入分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 變量設(shè)置

3.1.1 因變量設(shè)置 研究建設(shè)用地擴張驅(qū)動力常用的因變量有城市建設(shè)用地總面積和建成區(qū)面積兩類，但考慮到在中國城市建成區(qū)更接近于城市的實體區(qū)域［12］，因此以城市建成區(qū)面積為因變量表征城市建設(shè)用地的擴張狀況。

3.1.2 驅(qū)動因子選取 在已有研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合武漢市經(jīng)濟社會發(fā)展和建設(shè)用地擴張狀況，選取了10個指標對武漢市建設(shè)用地擴張的驅(qū)動力進行探討：GDP（X1），工業(yè)增加值（X2），建筑業(yè)增加值（X3），第三產(chǎn)業(yè)增加值（X4），全社會固定資產(chǎn)投資（X5），城鎮(zhèn)居民人均可支配收入（X6），農(nóng)村居民人均純收入（X7），年末常住人口（X8），非農(nóng)業(yè)人口（X9）和公路通車里程（X10）。各驅(qū)動力指標數(shù)據(jù)主要來源于歷年《武漢統(tǒng)計年鑒》，其中2012年數(shù)據(jù)來源于《2012年武漢市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》。

3.2 指標聚類與說明

為更清晰直觀地認識建設(shè)用地擴張的驅(qū)動力，方便進一步研究，需要先對10個驅(qū)動力指標進行聚類分析。首先對原數(shù)據(jù)進行“均值化”處理，消除量綱的影響，然后借助SAS 9.2中的Cluster過程對10個指標進行系統(tǒng)聚類，聚類方法采用重心法（Centroid），樣本距離使用歐氏距離。需要說明的是，Cluster過程通常用于樣本聚類（即R型聚類），因此這里需要先對原數(shù)據(jù)矩陣進行轉(zhuǎn)置處理，轉(zhuǎn)置后的變量就處于觀測地位，這樣就可以將它們作為一個個“樣品”來進行指標聚類（即Q型聚類）。通過聚類，將10個驅(qū)動力因子分為5類：第1類包括GDP（X1）、工業(yè)增加值（X2）、建筑業(yè)增加值（X3）和第三產(chǎn)業(yè)增加值（X4）4個指標，反映的是宏觀經(jīng)濟狀況，并體現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的組成，其中GDP是衡量一個國家或地區(qū)經(jīng)濟狀況和發(fā)展水平的常用指標，一般來講經(jīng)濟總量的提升會對建設(shè)用地的擴張產(chǎn)生一系列直接或間接的效應(yīng)；工業(yè)增加值（X2）、建筑業(yè)增加值（X3）和第三產(chǎn)業(yè)增加值（X4）是衡量二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的指標，武漢市非農(nóng)產(chǎn)業(yè)總比重超過95%，其中工業(yè)用地在建設(shè)用地總量中占比接近30%。第2類只有全社會固定資產(chǎn)投資（X5）一個指標，它是形成資本的一種非常重要的方式，而資本投入的增加則是經(jīng)濟發(fā)展和城市擴張的重要支撐。第3類包括城鎮(zhèn)居民人均可支配收入（X6）和農(nóng)村居民人均純收入（X7）2個指標，分別反映城市和農(nóng)村居民的收入水平，收入的增長提高了居民的消費能力，這將會拉動對社會公共服務(wù)（如交通、醫(yī)療等）用地和城市居住用地的需求。第4類包括年末常住人口（X8）和非農(nóng)業(yè)人口（X9）2個指標，人口規(guī)模是土地利用總體規(guī)劃和城市總體規(guī)劃確定建設(shè)用地規(guī)模的重要依據(jù)，而且建設(shè)用地擴張的實質(zhì)就在于人口增長和經(jīng)濟發(fā)展對土地資源需求的增長，由于建設(shè)用地承載力是有限的，當人口規(guī)模超過現(xiàn)有建設(shè)用地承載力時，必然要通過建設(shè)用地擴張來緩解壓力。第5類，公路通車里程（X10）是反映城市交通狀況的重要指標，路網(wǎng)的完善方便了人們的出行，也促進了各種要素的流動，從而帶動沿線經(jīng)濟的發(fā)展和城市景觀的改變。

3.3 灰色關(guān)聯(lián)度分析

在對各指標進行聚類后，運用灰色關(guān)聯(lián)分析法分析各因素與建設(shè)用地擴張的關(guān)聯(lián)程度，可以得到所有因素對建設(shè)用地擴張影響的大小關(guān)系，以及各類因素中的主要作用因子。另外，考慮到2007—2009年武漢市建設(shè)用地擴張速度明顯快于其他年度，將進一步從時間效應(yīng)角度考察這一期間的建設(shè)用地擴張驅(qū)動力與2003—2012年間的對比關(guān)系。

3.3.1 武漢市2003—2012年建設(shè)用地擴張的灰色關(guān)聯(lián)分析。分析步驟為：

（1）設(shè)定參考序列和比較序列。

式中：X0（t）——參考序列，對應(yīng)因變量指標（建成區(qū)面積）；X1（t），X2（t），…，X10（t）——10個比較序列，對應(yīng)10個解釋變量指標；t——時期，本研究的時間尺度為2003—2012年，共10期。

（2）數(shù)據(jù)無量綱化處理。由于各序列中原始數(shù)據(jù)的單位不同，序列之間不具有可比性，因此要對原始數(shù)據(jù)進行無量綱化處理。采用初值化變換，即把各序列中的每一期的數(shù)值分別除以本序列的第一期的數(shù)值，從而得到一組新的序列：

式中：xi′（k）＝xi（k）／xi（2003）

（3）計算關(guān)聯(lián)系數(shù)。比較序列Xi（t）與參考序列X0（t）在k時期的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi（k）為：

式中：｜x0′（k）－xi′（k）｜——參考序列 X0（t）與比較序列Xi（t）在k時期取值的差的絕對值；（k）－xi′（k）｜，｜x0′（k）－x′i（k）｜——參考序列X0（t）與每一個比較序列在各期取值的差的絕對值中的最小值和最大值；ρ——分辨系數(shù)，其作用在于提高關(guān)聯(lián)系數(shù)之間的差異顯著性，在最小信息原理下，一般取ρ＝0.5［13］。經(jīng)過計算得到比較序列Xi（t）與參考序列X0（t）在各個時期的關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣詳見表1。

表1 武漢市2003－2012年各個時期的關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣

（4）計算灰色關(guān)聯(lián)度。比較序列Xi（t）與參考序列X0（t）的關(guān)聯(lián)度為兩個序列10個關(guān)聯(lián)系數(shù)的算數(shù)平均數(shù)，計算公式為：

由此得到10個灰色關(guān)聯(lián)度γi，γi反映了各個比較序列在各時期中對參考序列的平均影響。γi及其排序詳見表2。

由表2可以看出，2003—2012年各驅(qū)動因素與武漢城市建設(shè)用地擴張的關(guān)聯(lián)程度由大到小依次為：公路通車里程＞農(nóng)民純收入＞城市人均可支配收入＞年末常住人口＞非農(nóng)業(yè)人口＞建筑業(yè)增加值＞第三產(chǎn)業(yè)增加值＞GDP＞工業(yè)增加值＞全社會固定資產(chǎn)投資。因此，與建設(shè)用地擴張最密切的因素包括公路通車里程、農(nóng)民純收入、城市人均可支配收入、年末常住人口和非農(nóng)業(yè)人口5個因素。

表2 研究區(qū)灰色關(guān)聯(lián)度及排序

3.3.2 武漢市2007—2009年建設(shè)用地擴張的灰色關(guān)聯(lián)分析 根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析的步驟，進一步計算了2007—2009年各驅(qū)動因素與武漢城市建設(shè)用地擴張的灰色關(guān)聯(lián)度。其中灰色關(guān)聯(lián)度最大的幾項為：γ9＝0.934 0，γ8＝0.929 7，γ10＝0.805 0，即2007—2009年與建設(shè)用地擴張最密切的因素為非農(nóng)業(yè)人口、年末常住人口和公路通車里程3個因素。

3.4 結(jié)果分析

結(jié)合聚類分析的結(jié)果，2003—2012年與武漢市建設(shè)用地擴張關(guān)聯(lián)性最強的是交通、收入和人口3類因素，而對2007—2009年的局部分析表明，與建設(shè)用地快速擴張相關(guān)性最強的因素是人口和交通2類因素。

（1）交通因素。在兩個時間尺度的分析中，反映城市交通狀況的公路通車里程對建設(shè)用地擴張的貢獻率都很高，表明城市交通的快速發(fā)展對武漢市建設(shè)用地擴張產(chǎn)生了很強的拉動作用，2012年武漢公路通車里程達13 337.01km，比2003年增長了198%，快捷的交通既方便了人們出行，也為交通沿線用地的迅速升值和開發(fā)利用提供了契機。

（2）收入因素。從灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果來看，收入因素在2003—2012年對武漢市建設(shè)用地擴張的推動效應(yīng)比較明顯，而在較短時間尺度上的貢獻則并不突出。在10年尺度水平上，農(nóng)民純收入與城市人均可支配收入的增長與建設(shè)用地擴張的關(guān)聯(lián)度分別為0.907 6和0.903 2，分寫排在所有因素的二、三位。城市居民人均可支配收入的增長提高了市民的消費能力，對城市公共設(shè)施、住房、交通等用地的需求隨之增加。農(nóng)民純收入增長與建設(shè)用地的擴張看似關(guān)系不大，但灰色關(guān)聯(lián)分析表明兩者間存在較強的關(guān)聯(lián)性，這可能有兩方面原因：一方面是統(tǒng)計的原因，近年來武漢市大規(guī)模城市建設(shè)產(chǎn)生了大量用工需求，吸引越來越多的農(nóng)村勞動力涌入城市，然而城市對進城務(wù)工農(nóng)民實行“經(jīng)濟性接納、社會性排斥”，一紙戶籍將他們擋在了“市民”范疇之外，因此這部分務(wù)工收入仍隨農(nóng)民身份被劃歸為農(nóng)民收入。但實際上進城務(wù)工者一年中大部分時間留在城市中，消費、住房和公共服務(wù)資源都由城市提供，近10a間武漢市農(nóng)民人均純收入年均增長13.84%，2012年達11 190.44元，是2003年的3倍多，這主要來自非農(nóng)業(yè)收入的增長；另一方面，隨著收入水平的不斷提高，越來越多的農(nóng)民有能力遷到城市居住，過上“城里人”的生活，從而增加對城市建設(shè)用地的需求。因此不論從哪一方面講，農(nóng)民純收入的增加都會對城市建設(shè)用地的增長產(chǎn)生正向推動作用。

（3）人口因素。從兩個時間尺度的灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果來看，人口因素對建設(shè)用地擴張的影響非常明顯。2003－2012年武漢市常住人口和非農(nóng)業(yè)人口分別增長了206萬人和80.04萬人，不斷增長的人口對居住用地和公共設(shè)施用地的剛性需求成為推動建設(shè)用地擴張的主要驅(qū)動力之一。

（4）宏觀經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及投資因素。不論從近10a的時間尺度看，還是從建設(shè)用地快速增長的2007—2009年看，經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)和投資因素與建設(shè)用地擴張的關(guān)聯(lián)度都比較靠后，表明武漢市宏觀經(jīng)濟的發(fā)展和社會投資的擴大并沒有引起城市建成區(qū)以相似的趨勢擴張。以投資狀況為例，2003—2012年武漢市全社會固定資產(chǎn)投資年均增長25.78%，遠快于建成區(qū)年均3.1%的擴張速度。表明隨著技術(shù)革新、勞動力素質(zhì)提高和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化等，土地利用強度和集約利用水平不斷提高，從而呈現(xiàn)建設(shè)用地擴張的速率慢于經(jīng)濟發(fā)展和投資增長的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

交通條件改善、城鄉(xiāng)居民收入增長和人口增加是武漢市近10a建設(shè)用地擴張的主要驅(qū)動力；不同驅(qū)動因素對建設(shè)用地擴張的推動效應(yīng)在不同的時間尺度上有所差異，其中人口和交通因素無論在較長時期還是在較短時期內(nèi)對建設(shè)用地擴張都具有明顯的推動作用，尤其是在較短時期內(nèi)對建設(shè)用地快速擴張的推動效應(yīng)更明顯，而收入因素對建設(shè)用地擴張的影響主要體現(xiàn)在較長時期，而在較短時間內(nèi)的作用效果相對不明顯；宏觀經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素與建設(shè)用地擴張的關(guān)聯(lián)性相對較弱，說明科技的進步、勞動力素質(zhì)的提高和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級轉(zhuǎn)型提高了土地利用效率和集約利用水平，從而在一定程度上遏制了城市的無序擴張。

制度政策、地理環(huán)境等也是影響建設(shè)用地擴張的重要因素［14］，但二者難以量化，本研究只探討了人口和經(jīng)濟因素對武漢市建設(shè)用地擴張的影響；另外，本研究是將武漢市作為一個整體進行分析，而城市結(jié)構(gòu)本身具有復(fù)雜性的特點，因此本研究反映的是區(qū)域建設(shè)用地擴張的共性特征，有可能掩蓋了個別地域的特殊性。在后續(xù)的研究中，一方面要優(yōu)化影響因素指標的選取，綜合考慮制度政策、地理環(huán)境等對建設(shè)用地擴張的影響；另一方面要將建設(shè)用地的空間結(jié)構(gòu)納入研究范圍，充分考慮建設(shè)用地內(nèi)部結(jié)構(gòu)與布局對建設(shè)用地擴張的影響，探究區(qū)域內(nèi)建設(shè)用地擴張的個性特征。

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